Różnica między kevlarem a włóknem węglowym

The kluczowa różnica między Kevlarem a włóknem węglowym jest to, że Kevlar zasadniczo zawiera atomy azotu w swojej strukturze chemicznej, podczas gdy włókno węglowe nie zawiera atomów azotu i zawiera głównie atomy węgla w swojej strukturze chemicznej.

Kevlar i włókno węglowe to dwie formy włókien syntetycznych. Oba te materiały mają wysoką wytrzymałość. Dlatego mają wiele zastosowań w przemyśle tekstylnym i innych gałęziach przemysłu. Omówmy więcej szczegółów na temat tych materiałów.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest Kevlar
3. Co to jest włókno węglowe
4. Porównanie obok siebie - Kevlar vs włókno węglowe w formie tabeli
5. Podsumowanie

Co to jest Kevlar?

Kevlar jest silnym włóknem syntetycznym o wzorze chemicznym [-CO-C₆H.₄-CO-NH-C₆H.₄-NH-]_n. Jest dobrze znany ze swojej odporności na ciepło. Materiał ten jest powiązany z kilkoma innymi związkami polimerowymi, takimi jak Nomex i Technora. We wczesnych czasach jego produkcji ludzie używali tego materiału jako zamiennika stali w oponach wyścigowych. Producenci określają ten materiał jako „pięciokrotnie mocniejszy niż stal”, jeśli weźmiemy pod uwagę dwie równe porcje Kevlaru i stali. Ten materiał jest super wytrzymałym plastikiem. Używamy dwóch form monomerów do syntezy tego materiału polimerowego. Monomerami są 1,4-fenylenodiamina i chlorek tereftaloilu. Te monomery podlegają reakcjom kondensacji. Daje produkt uboczny: cząsteczki kwasu HCl.

Rycina 01: Struktura chemiczna Kevlaru

Powstały polimer ma charakter ciekłokrystaliczny. Rozpuszczalnik użyty przez producenta do tej produkcji jest mieszaniną N.-metylopirolidon i chlorek wapnia. W tym procesie produkcyjnym stosuje się stężony kwas siarkowy, aby utrzymać produkt nierozpuszczalny w wodzie (Kevlar) w roztworze do zakończenia produkcji. Dlatego ten materiał jest bardzo drogi (ponieważ do tej produkcji używamy stężonego siarki). Materiał ten ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie, gęstość względną, ze względu na międzycząsteczkowe wiązania wodorowe. Grupy NH w tym materiale tworzą te wiązania wodorowe. Istnieje wiele zastosowań tego materiału. Na przykład jest przydatny w produkcji opon rowerowych, żagli wyścigowych i kamizelek kuloodpornych.

Co to jest włókno węglowe?

Włókno węglowe jest materiałem z włókien syntetycznych, włókna te mają średnicę około 5-10 mikrometrów. Ten materiał zawiera głównie atomy węgla. Ten materiał zawiera organiczne polimery, które składają się z długich łańcuchów cząsteczek. Te łańcuchy są utrzymywane razem przez atomy węgla. Producenci wytwarzają głównie te włókna z procesu poliakrylonitrylu (PAN). W tym procesie produkcyjnym wciągają surowce w długie pasma lub włókna. Następnie łączą te pasma z innymi materiałami, aby uzyskać pożądane kształty i rozmiary. W procesie PAN jest pięć głównych kroków:

1. Przędzenie - tutaj mieszanina PAN i innych składników jest przetwarzana na włókna. Następnie włókna te są myte i rozciągane.
2. Stabilizacja - tutaj dokonujemy zmian chemicznych w celu stabilizacji włókna.
3. Karbonizacja - tutaj podgrzewamy stabilizowane włókno do bardzo wysokich temperatur. Tworzy to ściśle związane kryształy węgla.
4. Obróbka powierzchni - Następnie utleniamy powierzchnię włókien, aby poprawić właściwości.
5. Rozmiary - używamy przędzarek do skręcania włókien w przędzy o różnych rozmiarach.

Zastosowania tego materiału dotyczą lotnictwa, inżynierii lądowej, wojska i sportów motorowych itp. Jednak włókna te są stosunkowo drogie niż inne formy włókien.

Jaka jest różnica między Kevlarem a włóknem węglowym?

Kevlar jest silnym włóknem syntetycznym o wzorze chemicznym [-CO-C₆H.₄-CO-NH-C₆H.₄-NH-]_n. Zasadniczo zawiera atomy azotu w swojej strukturze chemicznej. Ponadto ma wiązania wodorowe. Włókno węglowe jest materiałem z włókien syntetycznych, a włókna mają średnicę około 5-10 mikrometrów. Nie zawiera azotu i zawiera głównie atomy węgla w swojej strukturze chemicznej. Włókna te są związane ze sobą za pomocą atomów węgla. Jest to główna różnica między kevlarem a włóknem węglowym.

Podsumowanie - Kevlar kontra włókno węglowe

Kevlar i włókno węglowe są bardzo ważnymi włóknami syntetycznymi. Różnica między Kevlarem a włóknem węglowym polega na tym, że Kevlar zasadniczo zawiera atomy azotu w swojej strukturze chemicznej, podczas gdy włókno węglowe nie zawiera atomów azotu i zawiera głównie atomy węgla w swojej strukturze chemicznej.

Odniesienie:

1. „Kevlar”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 lipca 2018 r. Dostępne tutaj  
2. Johnson, Todd. „Jak powstaje włókno węglowe?” ThoughtCo, ThoughtCo. Dostępny tutaj  

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. 'Kevlar-3D-balls'By Ben Mills i Jynto (Public Domain) przez Commons Wikimedia